330 MW亞臨界燃煤供熱機組的綜合節(jié)能改造

張堅明　莫　杰

上海電力股份有限公司吳涇熱電廠

330 MW亞臨界燃煤供熱機組的綜合節(jié)能改造

張堅明莫杰

上海電力股份有限公司吳涇熱電廠

綜述了采用多種方法，從鍋爐、汽輪機、熱力系統(tǒng)、廠用電率等方面所實施的節(jié)能改造，并分析了對提高機組經(jīng)濟性所貢獻的效益。

燃煤供熱機器；節(jié)能；綜合改造

某電廠“以大代小”改造工程的#1機組為330 MW亞臨界燃煤供熱機組，三大主機均為上海電氣電站集團產(chǎn)品。其中：鍋爐為四角切圓燃燒亞臨界控制循環(huán)汽包爐，型號SG-1125/17.5-M737；汽輪機為330 MW級引進型凝抽式汽輪機（產(chǎn)品代號K156），型號為C330/310-16.7/0.981/538/538，設(shè)計額定供熱能力120 t/h、最大供熱能力350 t/h；發(fā)電機為水氫氫冷汽輪發(fā)電機，型號為QFSN-315-2。

機組自投產(chǎn)以來，經(jīng)濟性一直不甚理想。為了找出影響經(jīng)濟性的主要原因，電廠進行了多次熱力性能摸底試驗，逐步搞清了癥結(jié)所在，并針對性地采用多種節(jié)能手段進行綜合改造。

1　機組運行經(jīng)濟性的影響因素分析

1.1汽輪機高壓缸效率偏低

反映在汽輪機高壓缸效率試驗結(jié)果上，見表1。

表1　汽輪機高/中缸效率試驗結(jié)果

1.2高中壓缸間過橋漏汽量大

采用變溫度試驗方法，試驗數(shù)據(jù)通過計算得到圖1中的兩條直線方程，兩條直線的交點即為實際汽輪機高中壓缸間過橋漏汽量及中壓缸真實內(nèi)效率，解聯(lián)立方程得到漏汽量為2.61%（設(shè)計值為0.93%），相當于設(shè)計值的2.81倍。

圖1　高中壓缸間過橋漏汽量

1.3熱力系統(tǒng)閥門泄漏嚴重

從表2數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)嚴格隔離工況的修正后熱耗為7 939.76 kJ/kWh，而系統(tǒng)未隔離工況的修正后熱耗為8 017.47 kJ/kWh，可見系統(tǒng)隔離前后機組的熱耗相差77.72 kJ/kWh。

表2　隔離工況與不隔離工況試驗結(jié)果

從表2的數(shù)據(jù)中還可以看出：功率相差1.9 MW、主蒸汽流量相差20.78 t/h（對應(yīng)凝汽流量相差10.4 t/h），汽輪機排汽壓力卻變化了0.21 kPa。按制造廠提供的修正曲線，相同主蒸汽流量下，背壓7.18 kPa時的功率約為323.946 MW，實際卻只有320.04 MW。這個結(jié)果說明兩個問題，一是熱力系統(tǒng)閥門泄漏量較大，二是汽輪機缸效較差。

實際運行中，運行人員出于機組安全的考慮，將所設(shè)置的隔離手動閥均開啟。但由于手動閥前的電動/氣動閥泄漏，導(dǎo)致機組的性能受到閥門泄漏的影響，煤耗受此影響下降約1%。其中閥門泄漏較為嚴重的是2號高加事故疏水閥泄漏，高旁和高旁減溫水泄漏，低旁泄漏、主蒸汽管疏水氣動閥門、熱再蒸汽管疏水氣動閥門、高壓缸疏水氣動閥門等。

1.4汽輪機低壓缸排汽阻力大

凝汽器內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu)為正交性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然簡單可靠，但是又大量的結(jié)構(gòu)件處于低壓缸排汽流道之中，對氣流干擾嚴重，型阻頗大。

1.5凝汽器端差偏大

由于電廠采用開式循環(huán)的冷卻方式，且取水口位于河道凹岸，河流中的泥沙與各種漂浮物被大量吸入，造成凝汽器換熱管內(nèi)壁上沉積大量的淤泥及微生物，嚴重影響傳熱效果，造成端差偏大。凝汽器的端差與前一年的數(shù)值相比有明顯的升高，說明對凝汽器臟污程度較高。A側(cè)循環(huán)水的溫升明顯高于B側(cè)，說明B側(cè)凝汽器的污臟程度更嚴重。

過冷度數(shù)值在低負荷供熱時增加，也表明了熱力系統(tǒng)閥門存在明顯泄漏，有大量高溫介質(zhì)流入凝汽器，進一步影響換熱效果。

1.6水環(huán)式真空泵抽吸不凝性氣體的能力較低

水環(huán)式真空泵密封液的冷卻介質(zhì)為閉式水，試驗在冬季進行，當時閉式水溫度大約21～22 ℃。正常情況下，密封液的板式冷卻器的端差應(yīng)當在1～2℃，那么密封液的溫度應(yīng)為22～24 ℃，此時水環(huán)式真空泵的吸入口壓力大約是3.0 kPa(a)，然而低負荷時機組背壓最低也有4.65 kPa(a)。機組當時的真空嚴密性為80 Pa/min，進入凝汽器的不凝性氣體的量很小。假如密封液的板式冷卻器冷卻能力正常，則不存在因真空泵抽吸能力不足導(dǎo)致機組背壓升高的可能。所以問題在于板式冷卻器冷卻能力不足，使得密封液溫度偏高，致使真空泵抽吸能力不足而影響機組背壓。

1.7鍋爐空氣預(yù)熱器漏風率偏大

上海鍋爐廠空氣預(yù)熱器漏風率的設(shè)計值為5.5%，從表3可見，空氣預(yù)熱器漏風率明顯超過設(shè)計值，表明密封間隙過大。

表3　鍋爐空氣預(yù)熱器漏風率

1.8鍋爐煙氣余熱未被利用

根據(jù)投產(chǎn)以來的運行數(shù)據(jù)，每年5～10月電除塵器出口的煙溫均超過130 ℃，冬季最冷月份時的煙溫也不會低于115 ℃。

機組采用濕式石灰石－石膏煙氣脫硫工藝，未設(shè)置GGH裝置，電除塵器出口煙氣溫度約120～130 ℃，煙氣送入吸收塔，進行脫硫處理。這種工藝流程雖省去了GGH，但帶來幾方面的問題：（1）使未經(jīng)處理的煙氣溫度從120～130 ℃降至約80 ℃，這部分煙氣余熱未被利用而白白損失；（2）為滿足脫硫工藝對煙氣溫度（約80 ℃）的要求，在吸收塔內(nèi)需通過大量噴水進行冷卻，以使煙氣溫度從吸收塔進口的約120～130 ℃降至脫硫需要的工作溫度（約80 ℃）；這將使吸收塔內(nèi)蒸發(fā)的水量增加約20%，進而導(dǎo)致脫硫裝置的耗水量增大；（3）這些水在吸收塔內(nèi)蒸發(fā)成飽和蒸汽隨煙氣一起由煙囪排出，增加了從煙囪排出的煙氣-蒸汽混合物的體積（增加約3%）及相應(yīng)的流動阻力，使增壓風機的功耗增大。

1.9循環(huán)水泵與鍋爐引風機電耗偏大

主要原因有以下2點。

（1）循環(huán)水泵在基建時就配置了雙速電動機，雖然投產(chǎn)后按季節(jié)不同、循環(huán)水溫高低，分別采用高速或低速運行方式，但由于缺少依據(jù)，往往僅憑經(jīng)驗對循泵方式進行調(diào)度，非常粗狂，不能充分發(fā)揮節(jié)能潛力。

（2）引風機為靜葉可調(diào)式軸流風機，其調(diào)節(jié)范圍與效率均不如動葉可調(diào)式軸流風機，加之配用2 000 kW電動機，富裕容量過大，故電耗率偏高。

2　改造措施與效果

2.1“汽輪機高壓缸效率偏低”與“高中壓缸間過橋汽封漏汽量大”的解決方案

從試驗數(shù)據(jù)來看，高中壓缸的各壓力監(jiān)視段的壓力比尚處于正常范圍，故通流部分無嚴重問題，高壓缸效低及過橋汽封漏氣量大應(yīng)該是安裝時汽封間隙過大所致。據(jù)此，我們采用組合措施來解決：拔除調(diào)節(jié)級與高壓缸的全部死汽封，重新鑲嵌，并將調(diào)節(jié)級汽封間隙調(diào)整到0.90 mm、高壓缸汽封間隙調(diào)整到0.55 mm；將傳統(tǒng)的過橋汽封與中壓缸隔板汽封改造為布萊登汽封，并將工作間隙做到0.35 mm；將中壓缸圍帶汽封的材料更換為鐵素體，并將間隙調(diào)整到0.55～0.60 mm；將低壓缸前6級的隔板汽封與第六級圍帶汽封及所有軸封改造為蜂窩汽封。上述措施實施后，取得良好效果。見表4。

表4　改造后高中壓缸效率

采用布萊登汽封后，汽輪機高中壓缸間過橋漏汽量為1.34%（設(shè)計值為0.96%），相當于設(shè)計值的1.40倍，降低了近1/2。

2.2解體檢修，治理熱力系統(tǒng)閥門泄漏嚴重的問題

解體高旁時發(fā)現(xiàn)閥座上鑲嵌的硬質(zhì)合金被嚴重吹損，重新堆焊后研磨接觸線。機組運行后，高旁閥后溫度由修前的450 ℃降低到218 ℃，嚴密性良好。對低旁、2號高加事故疏水調(diào)節(jié)閥也采用同樣的方法進行修理，效果良好。修后，低旁閥后溫度降到約70 ℃，2號高加事故疏水調(diào)節(jié)閥的閥后溫度基本與凝汽器溫度持平。

此外，電廠利用調(diào)停或檢修機會，更換了一批品質(zhì)低劣的高/中溫疏水閥，大幅度地減少了高溫工質(zhì)的泄漏。目前，各個疏水集管的溫度均低于50 ℃。

2.3對汽輪機低壓缸排汽通道進行優(yōu)化，降低排汽阻力

電廠經(jīng)過充分調(diào)研，決定采用西安協(xié)力動力科技有限公司的流場優(yōu)化方案。

此方案的最大優(yōu)點是，在不降低凝汽器外殼剛度的前提下，優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)并采用低流阻的結(jié)構(gòu)支撐件，降低了排汽流道的整體阻力，且基本不受排汽流量變化的影響，同時可減輕凝汽器整體重量。改造后，通過相近參數(shù)條件下對比，凝汽器真空提高約0.28～0.32 kPa。

2.4清洗凝汽器，降低端差

電廠采取停機或不停機帶負荷清洗凝汽器的方式，及時清除影響傳熱效果的淤泥，提高凝汽器清潔度，降低端差。一般情況下，每清洗一次，可提高機組真空0.8～1.2 kPa。同時，電廠還在積極尋找提高膠球清洗裝置效率的改造方法，力爭不采用帶負荷清洗凝汽器的方法。因為這種方法既影響機組安全運行，又違背職業(yè)健康的要求。

2.5改造密封液冷卻器，降低水環(huán)式真空泵密封夜溫度，提升抽吸不凝性氣體的能力

冷卻器內(nèi)部污臟、冷卻水量不足、換熱面積不足等原因，均可導(dǎo)致板式冷卻器冷卻能力不足。經(jīng)檢查，排除了冷卻器內(nèi)部污臟、冷卻水量不足方面的原因，故可以確定主要原因在于換熱面積不足。

解決冷卻面積不足的方法有這幾種，一是在原板式冷卻器上增加換熱單元（即擴容），二是再并聯(lián)一組冷卻器，三是即擴容又再并聯(lián)一組冷卻器。在考察現(xiàn)場安裝條件后，電廠決定采用第三種方法。改造后，密封液溫度降低了0.9～1.0 ℃。

2.6采用柔性接觸式密封系統(tǒng)減小鍋爐空氣預(yù)熱器漏風率

傳統(tǒng)空預(yù)器密封技術(shù)是采用剛性有間隙密封技術(shù)，在動靜間保持一個最小間隙，達到漏風最小。由于空氣預(yù)熱器的蘑菇狀變形問題，而且這種變形隨負荷、環(huán)境溫度不斷在發(fā)生變化，使得我們在調(diào)整時很難達到一個最佳的動靜之間的間隙值。

經(jīng)過調(diào)研，電廠發(fā)現(xiàn)柔性接觸式密封系統(tǒng)能控制并減少漏風，其密封系統(tǒng)是根據(jù)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子受熱變形而設(shè)計的，它包括徑向密封、軸向密封、旁路密封以及靜密封等。工作原理：將扇形板固定在某一合理位置，柔性接觸式密封系統(tǒng)安裝在徑向轉(zhuǎn)子格倉板上，在未進入扇形板時，柔性接觸式密封滑塊高出扇形板5～10 mm 。當柔性接觸式密封滑塊運動到扇形板下面時，合頁式彈簧發(fā)生形變。密封滑塊與扇形板柔性接觸，形成嚴密無間隙的密封系統(tǒng)。當該密封滑塊離開扇形板后，合頁式彈簧將密封滑塊自動彈起，以此循環(huán)進行。改造后，漏風率明顯降低。

2.7加裝低溫省煤器，利用鍋爐排煙余熱加熱凝結(jié)水

綜合機組的系統(tǒng)特點和布置情況，電廠采用的方案是：

低溫省煤器分段布置在吸收塔入口和電除塵器進口；對于第一級煙氣熱量回收裝置出口煙氣溫度高于煙氣的酸露點溫度，避免其下游設(shè)備的腐蝕；第二級煙氣熱量回收裝置布置在脫硫吸收塔入口。

此方案具有比較明顯的優(yōu)勢。首先不需要對電除塵器、引風機和增壓風機等設(shè)備進行特殊的防腐處理；其次盡量多的回收了煙氣余熱；其次除塵器也由于第一級換熱器的設(shè)置而使其除塵效率提高；最后進入引風機和增壓風機的體積流量降低，降低了廠用電。

2.8降低循環(huán)水泵與鍋爐引風機電耗偏大的措施

為更加有效合理地調(diào)度循環(huán)水泵的運行，達到冷端最優(yōu)化的目的，電廠與某電力科技公司合作開發(fā)了一套“冷端優(yōu)化系統(tǒng)”。該系統(tǒng)綜合考慮了循環(huán)水溫度、負荷、標煤單價、上網(wǎng)電價、凝汽器清潔程度、真空泵抽吸不凝性氣體能力等諸多因素，通過建立經(jīng)合理簡化的數(shù)學(xué)模型，給出不同循環(huán)水泵方式下的供電煤耗、經(jīng)濟收益的預(yù)測結(jié)果，并提出最優(yōu)的運行方式。運用這套系統(tǒng)，電廠可按最優(yōu)方式調(diào)度循環(huán)水泵，節(jié)電效果顯著。同時，電廠還對引風機進行了變頻改造，并配以合理的運行調(diào)節(jié)方式，取得良好的效果。措施實施前后電耗率的對比見表5。

表5　循泵與引風機電耗率統(tǒng)計

3　結(jié)語

通過采取有針對性的多種節(jié)能手段進行綜合改造，電廠的經(jīng)濟性得到了明顯提高，但還有一定的節(jié)能潛力尚待挖掘，需要再努力。同時，必須充分調(diào)動運行人員的主觀能動性，從點滴細微之處入手，進一步提高機組經(jīng)濟性。

330 MW Sub-Critical Coal-Fired Heating Unit Comprehensive Energy Conservation Renovation

Zhang Jianming, Mo Jie
Shanghai Electric Power Joint-Stock Company Wujing Thermal Power Plant

The article introduces many implemented energy conservation renovation methods, from boilers, gas turbine, thermal system to plant electric power using rate. It also analyzes performance-improved unit economic benefits.

Coal-Fired Heating Unit, Energy Conservation, Comprehensive Renovation

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2015.12.011